一种制备绿色甲醇的三联供系统的制作方法

本发明涉及新能源，特别涉及一种制备绿色甲醇的三联供系统。

背景技术：

1、在全球应对气候变化和碳达峰、碳中和背景下，以化石能源为主的传统能源供应体系面临巨大挑战，构建以新能源为主体的新型电力系统已成为全球应对气候变化、推动能源转型的一致共识。

2、在目前常见的新能源中，太阳能与风能作为目前发展最快的新能源，但太阳能和风能具有随机性和波动性，需要与储能技术搭配解决其发电不稳定的问题。地热能作为地球的本土可再生能源，具有资源量大、能源利用效率高、不受昼夜季节变化影响等诸多优点，但由于地热水或者水蒸气的温度和压力比较低，导致发电效率低，目前建成的地热电站还很少。

3、生物质能是一种储量丰富的可再生能源，其燃烧温度高，可显著提高动力循环工质初始温度，目前生物质电站锅炉在农村已经有了很广泛的应用。但是生物质能能量密度低，作为一种发电能源，直燃的利用率只有10％，严重影响生物质电厂的整体效益。

4、因此，如何对上述新能源进行有效的利用，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种制备绿色甲醇的三联供系统，以将现有的分散的、功能单一的新能源技术进行有机组合和创新，实现可再生能源综合互补利用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种制备绿色甲醇的三联供系统，包括：

4、超临界二氧化碳地热发电系统，包括产出井、透平、第一冷却器、压缩机、第二冷却器以及注入井，所述产出井、所述透平、所述第一冷却器的高温端管路、所述压缩机、所述第二冷却器的高温端管路以及所述注入井依次通过管路连接；

5、生物质气化燃煤耦合系统，包括燃煤锅炉、烘焙预处理装置、气化炉、气体混合装置以及预热器，所述燃煤锅炉的高温烟气出口与所述气化炉的高温端管路的进口连通，所述气体混合装置通过所述预热器与所述燃煤锅炉的混合气体进口连通，所述气化炉的燃气出口与所述燃煤锅炉的燃气进口连通，所述透平通过所述烘焙预处理装置的高温端管路与所述第一冷却器连通，所述烘焙预处理装置的低温端管路与所述气化炉的原料进口连通，所述产出井与所述透平间管路穿入所述燃煤锅炉内以与高温烟气进行换热；

6、绿色甲醇制备系统，包括电解装置、甲醇储罐、二氧化碳储罐、二氧化碳捕集装置、反应容器以及储水箱，所述电解装置的氧气出口与所述气体混合装置的氧气进口连通，所述电解装置的氢气出口与所述反应容器的氢气进口连通，所述气化炉的高温端管路的出口依次通过所述反应容器的高温端管路、所述预热器的高温端管路以及所述二氧化碳捕集装置与所述二氧化碳储罐的进口连通，所述二氧化碳储罐的出口与所述反应容器的二氧化碳进口连通，所述反应容器的甲醇出口与所述甲醇储罐连通，所述反应容器的出水口以及所述烘焙预处理装置的出水口与所述储水箱的进水口连通，所述储水箱的出水口与所述电解装置的进水口连通。

7、可选地，所述超临界二氧化碳地热发电系统还包括发电机，所述发电机与所述透平传动连接。

8、可选地，所述超临界二氧化碳地热发电系统还包括第一三通阀，所述第一三通阀的第一阀口以及第二阀口串联于所述第一冷却器的高温端管路与所述压缩机之间，所述第一三通阀的第三阀口与所述二氧化碳储罐的出口连通。

9、可选地，还包括温控系统，所述温控系统包括供暖机组和/或制冷机组，所述第一冷却器的低温端管路、所述第二冷却器的低温端管路与所述温控系统串联形成回路。

10、可选地，所述温控系统包括供暖机组、制冷机组、第二三通阀以及第三三通阀，所述第二三通阀的第一阀口与所述第一冷却器的低温端管路连通，所述第二三通阀的第二阀口与所述供暖机组的进口连通，所述第二三通阀的第三阀口与所述制冷机组的进口连通，所述第三三通阀的第一阀口与所述第二冷却器的低温端管路连通，所述第三三通阀的第二阀口与所述供暖机组的出口连通，所述第三三通阀的第三阀口与所述制冷机组的出口连通。

11、可选地，所述制冷机组为溴化锂制冷机组。

12、可选地，所述绿色甲醇制备系统还包括用于向所述电解装置供电的供电系统。

13、可选地，所述供电系统包括太阳能光伏发电系统和/或风力发电系统。

14、可选地，所述电解装置包括电解槽、氧储罐以及氢储罐，所述电解槽的进水口与所述储水箱的出水口连通，所述电解槽的氧气出口与所述氧储罐的氧气进口连通，所述氧储罐的氧气出口与所述气体混合装置的氧气进口连通，所述电解槽的氢气出口与所述氢储罐的氢气进口连通，所述氢储罐的氢气出口与所述反应容器的氢气进口连通。

15、可选地，所述燃煤锅炉包括锅炉本体以及螺旋进料机，所述螺旋进料机与所述锅炉本体的燃料进口连接。

16、由以上技术方案可以看出，本发明中公开了一种制备绿色甲醇的三联供系统，该制备绿色甲醇的三联供系统包括超临界二氧化碳地热发电系统、生物质气化燃煤耦合系统以及绿色甲醇制备系统，其中，超临界二氧化碳地热发电系统包括产出井、透平、第一冷却器、压缩机、第二冷却器以及注入井，产出井、透平、第一冷却器的高温端管路、压缩机、第二冷却器的高温端管路以及注入井依次通过管路连接；生物质气化燃煤耦合系统包括燃煤锅炉、烘焙预处理装置、气化炉、气体混合装置以及预热器，燃煤锅炉的高温烟气出口与气化炉的高温端管路的进口连通，气体混合装置通过预热器与燃煤锅炉的混合气体进口连通，气化炉的燃气出口与燃煤锅炉的燃气进口连通，透平通过烘焙预处理装置的高温端管路与第一冷却器连通，烘焙预处理装置的低温端管路与气化炉的原料进口连通，产出井与透平间管路穿入燃煤锅炉内以与高温烟气进行换热；绿色甲醇制备系统包括电解装置、甲醇储罐、二氧化碳储罐、二氧化碳捕集装置、反应容器以及储水箱，电解装置的氧气出口与气体混合装置的氧气进口连通，电解装置的氢气出口与反应容器的氢气进口连通，气化炉的高温端管路的出口依次通过反应容器的高温端管路、预热器的高温端管路以及二氧化碳捕集装置与二氧化碳储罐的进口连通，二氧化碳储罐的出口与反应容器的二氧化碳进口连通，反应容器的甲醇出口与甲醇储罐连通，反应容器的出水口以及烘焙预处理装置的出水口与储水箱的进水口连通，储水箱的出水口与电解装置的进水口连通。

17、在应用时，将超临界二氧化碳地热发电系统的产出井以及注入井分别设置在热储层中，热储层中的超临界二氧化碳吸收中深层地热热量变为高温气态二氧化碳由产出井产出，经过燃煤锅炉的加热变成高温高压二氧化碳后进入透平中做功，透平产生的乏汽进入烘焙预处理装置中进行换热，然后进入第一冷却器中被冷却到35℃左右，随后进入压缩机中进行压缩，最后再进入第二冷却器中被冷却水冷却到30℃左右后进入注入井中。

18、在生物质气化燃煤耦合系统中，生物质原料首先通过烘焙预处理装置，吸收透平乏汽余热，提高后续气化过程的燃气产率，烘焙产生的水收集到绿色甲醇制备系统的储水箱中供电解装置使用。烘焙后的固体产物进入气化炉中进行热解气化反应，反应后的气化灰渣通过排渣口收集，用作改良土壤和农作物增产。生物质燃气进入燃煤锅炉与燃煤混燃，产生的高温烟气进入气化炉中为生物质气化提供热量，然后进入反应容器中为氢气与二氧化碳合成甲醇提供热量，接着进入预热器中加热混合气体，最后进入二氧化碳捕集处理装置中，分离出二氧化碳储存到二氧化碳储罐中。

19、在绿电制备甲醇系统中，电解产生的氧气在气体混合装置中与空气混合进入预热器中，电解产生的氢气储存在氢储罐中，与二氧化碳储罐出来的二氧化碳在反应容器中经过催化剂作用生成甲醇与水，生成的甲醇储存在甲醇储罐之中，作为重要的工业原料和能源载体运输出去，生产的水储存在储水箱之中与生物质原料烘焙产生的水混合后共同作为电解装置的电解水。

20、综上所述，本技术将超临界二氧化碳地热发电系统、生物质气化燃煤耦合系统以及绿色甲醇制备系统相结合，即将原有分散的、功能单一的新能源技术进行了有机的组合和创新，实现了可再生能源综合互补利用，满足不同用户的产品需求，其中，超临界二氧化碳地热发电系统利用超临界二氧化碳携热能力更强、取热量更高的特性，且随着时间的推移，有一部分注入地下循环的二氧化碳会永久封存到地下，可作为二氧化碳封存的一种途径，在稳定可靠二氧化碳来源的前提下，发电成本可与常规火电相当，且发电稳定可靠，非常灵活，二氧化碳气体经过燃煤锅炉换热升温再进入透平做功，可用于发电或其他设备的驱动，效率更高。经过透平做功的高温二氧化碳气体进入烘焙预处理装置对生物质原料进行烘焙预处理，促进生物质发生交联与碳化反应，提高生物质气化的燃气产率，同时烘焙处理产生的水可以用于电解制氢，提高能源利用率。

21、绿电制备甲醇系统可采用风/光发电作为非并网电供给电解装置，回避风/光发电上网不稳定的问题，并减少风/光电并网运行所需的辅助设备，大幅度降低投资建设成本，将不易储存的电能转化为氢气与氧气，解决了风/光电储能和消纳问题。同时电解制备出来的氧气经过预热进入燃煤锅炉的炉膛，燃料在富氧状态下燃烧可以提高燃烧温度，提升发电效率，同时降低污染排放，使排放出来的烟气中水和二氧化碳比例增加，采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。制备出来的氢气与烟气捕集到的二氧化碳催化生成甲醇，不仅能够消纳大量二氧化碳，还能够解决氢的储运问题，同时反应生产的水可以回收用于电解制氢，大大降低水资源的消耗量。

22、生物质气化燃煤耦合系统将生物质在气化炉中转化为燃气，燃气再送入燃煤锅炉与煤混合燃烧发电，解决了生物质能作为发电能源能量密度低的问题，并使气化显热和焦油的能量得到充分利用，提高发电效率，降低污染物排放。燃煤锅炉燃烧产生的高温烟气，首先进入气化炉为生物质气化提供热量，然后进入甲醇反应容器中提供化学反应所需热量，最后进入预热器加热氧气，实现了能量的梯级利用，提高能源利用效率。该方式可以充分发挥大型燃煤发电机组的优势，初投资成本较低、建设周期短、生物质利用规模灵活、可针对煤和生物质价格波动进行自身调节。